‹sviçre gibi bar›flç›l›¤›yla ün salm›fl bir ülkede böylesi bir silah üretilmesi düflüncesi tuhaf bir çeliflki gibi görüle-bilir. Atom bombas›n›n yaratt›¤› tahri-bat› yaratacak ölçüde güçlü bir patla-ma yaratabilmek için gereken anti maddenin, bombada kullan›lan›n mil-yonda biri kadar olmas› yeterli. Bu-nunla birlikte Cenevre’deki “parçac›k fabrikas›nda”, bugüne dek çok az mik-tarda anti madde elde edilebildi. Yine de, bu kadar bile insan›n gelecekte bu kaynaktan ne tür kazançlar elde edile-bilece¤ini görmesine yetti. Sözgelimi, bilim adamlar› böylesine zengin bir enerji kayna¤› olabilecek bu potansiye-lin uzaygemilerinin yak›t› olarak kulla-n›labilece¤i görüflünü ortaya att›. Ayr›-ca, t›p alan›nda da kanser hücrelerinin anti maddeyle yok edilebilece¤i görüflü
filizlendi. Bu egzotik madde yaln›zca roket yapmak isteyen ordu mensupla-r›n›n ya da t›p doktorlamensupla-r›n›n ilgisini çekmiyor. Ayn› zamanda kozmologlar ve fizikçiler de bu maddenin peflinde. Resmi ad› Avrupa Nükleer Araflt›rma-lar Merkezi olan ancak daha çok Avru-pa Parçac›k fizi¤i Laboratuvar› diye bi-linen CERN’de, evrenin büyük patla-ma öncesi koflullar›n›n araflt›r›ld›¤› de-neylerde malzeme olarak bu korku ve-rici maddenin kullan›lmas› söz konusu olmufl. Anti madde diye bir fleyin var olabilece¤i düflüncesi, geçti¤imiz yüz-y›l›n bafllar›nda, 1920’li y›llarda ortaya ç›kt›. Bu fikri ilk ortaya atan ‹ngiliz fi-zikçi Paul Dirac’t›. O dönemde Einste-in’›n görelilik kuram› biliniyordu. Bu-na göre madde ve enerji birbirine dö-nüfltürülebilir fleylerdi. Kuantum
fizi-¤iyse henüz o kadar bilinen bir ko-numda de¤ildi. Einstein’›n denklemle-rinin makroevreni aç›klamak için kul-lan›ld›¤› gibi, bu da mikroevreni aç›kla-mak için ele al›n›yordu. Bu dönemde iki formülü birlefltirmek için ilk çaba-lar bafllam›flt›. Dirac buna bir ç›k›fl noktas› bulmak istiyordu. Her iki kura-m›n da geçerli oldu¤u matematiksel formüller ve denklemler gelifltirdi. Ad›-na elektron denen parçac›klar üzerine denklemler haz›rlarken, tuhaf bir fley-ler oldu¤unu gördü: ‹ki çözüm yolu vard› ama bunlardan yaln›zca biri he-men kabul edilebiliyordu. Di¤eriyse, o güne dek geçerli olan fizik kanunlar›y-la uyuflmuyordu. Deneyimler matema-tiksel olarak ispatlanan her fleyin ger-çeklikle uygun olmas› gerekti¤ini gös-teriyordu. Y›llar süren bu gizemli
du-Antimadde
Antimadde
Antimadde
Yeni Bir Enerji Aray›fl›
74 Haziran 2005 B‹L‹MveTEKN‹K
Son zamanlarda ünlü olmufl bir yazar, Dan Brown, bir roman›nda, antimadde kullanarak
Vati-kan’› havaya uçurmaktan söz ediyor. Peki antimadde kullanarak böyle bir fley yapmak mümkün
mü? Antimadde bir gün bu kitap kadar ünlü olacak m› bilmiyoruz, ama biliminsanlar› bu
gizem-li nesneleri elde edip de¤iflik kullan›m alanlar›n›n hizmetine sunmak için çabal›yor.
ruma sonunda ikinci bir çözüm bulun-du. Yeni yap›lan aç›klama tümüyle ye-ni bir parçac›k tan›ml›yordu. Bu parça-n›n kütlesi normal elektronla ayn›, yal-n›zca elektrik yükü farkl› biçimdeydi. Normalde elektron negatif yüklenmifl-ken, bu yeni parçac›k pozitif yüklüydü. Bir elektronun aynadan yans›mas› gi-bi, bir “anti-elektron” olarak görüldü.
Dört y›l sonra 2 A¤ustos 1932’de bir parçac›k detektörünün içinde bir anti-elektron belirdi. Pozitif yükünden dola-y› bu parçac›¤a pozitron ad› verildi. 1955 y›l›ndaysa biliminsanlar› ilk kez anti-protonlar› üretmeyi baflard›lar. Bu-gün art›k biliyoruz ki bütün parçac›kla-r›n bir karfl›t parçac›¤› var olabilir.
Dirac, 1933 y›l›nda Nobel Ödülü’nü al›rken yapt›¤› teflekkür konuflmas›nda Dünya’n›n antimaddeden de¤il de mad-deden olufluyor olmas›n›n bir rastlant› olabilece¤ini söyledi. Evrendeki baflka gök cisimlerinde bunun tersi durumlar söz konusu olabilirdi. Baflka bir deyiflle antigünefller, anti gezegenler, hatta an-tiinsanlar ve canl›lar t›pk› bir resmin negatifi ve pozitifi gibi var olabilirlerdi.
Peki Dirac bu görüfllerini neye daya-narak öne sürüyordu? Do¤a’da bulunan simetri ve ünlü düflünür Kant’›n her po-zitif fleyin bir negatifi oldu¤u görüflü, onun fikirlerini destekler nitelikteydi.
Simetri hakk›ndaki sars›lmaz dü-flünceler 1960’l› y›llarda ortaya ç›km›fl-t›. CERN’de çal›flan fizikçilerden Rolf Landua, “Büyük Patlama bafllang›çta muazzam ve simetrik bir enerji patla-mas›yd›” diyor. “Bu patlama s›ras›nda madde kadar antimadde de a盤a ç›k-m›flt›.” Uzmanlar buna “yüklerin denk-li¤i” ad›n› veriyorlar.
Bu standart model, bir noktada di-rençle karfl›lafl›yor: Büyük Patlama yaklafl›k 15 milyar y›l önce olmufltu. Madde ve antimadde, oluflurken karfl›-l›kl› elektrik yükleriyle yüklendiler ve bir araya geldikleri anda birbirlerini yok ettiler. Çarp›flmalar› sonucunda gama ›fl›n›m› yayan enerji a盤a ç›kt›.
Simetri modeline göre madde ve an-timadde birbirlerini yok etmek zorun-da. Landua, bu noktada flu sorular› so-ruyor “Neden büyük patlamadan son-raki ilk mikro saniyede madde ve anti-madde parçac›klar› birbirlerini yok et-medi? Neden her fley bir ›fl›n›ma dö-nüflmedi? Biz insanlar neden madde-den olufluyoruz da, ›fl›k parçac›klar› de¤iliz?”
Gökadalar›n, günefl sistemlerinin ve gezegenlerin oluflumunu araflt›rmac›-lar “yüklenme eflitli¤i”nin ihlal edilme-si olarak görüyorlar. Ortaya flöyle bir senaryo sürüyorlar: “Büyük patlama-dan saniyenin milyonda biri sonra za-man›n en büyük yok olmas› gerçeklefl-ti. Parçac›klar›n ve anti parçac›klar›n yüzde 99, 99999’u yok oldu. Patlama-dan sonra geriye parçac›klar›n›n yal-n›zca 30 milyarda biri kald›. Tüm y›l-d›zlar› ve gezegenleri, yani bildi¤imiz evreni oluflturan da bu geriye kalan madde.
Bu akla hemen flu soruyu getiriyor: E¤er büyük patlama asimetrik olduy-sa, biz do¤a yasalar›n›n bir hatas› m›-y›z? Evrenin plan›nda bir daha bir si-metriye asla kavuflulamayacak m›? E¤er böyleyse asimetrik fiziksel yasala-r›n kan›tlar› nerede? Bu sorulara yan›t arayan CERN araflt›rmac›lar›, simetri-deki bu k›r›l›m› araflt›r›yorlar.
Antimadde üretilmesi çok yaflamsal, ama oldukça da pahal›. Bir gram›n milyarda biri antimadde üretebilmek için NASA’n›n tahminlerine göre 6 mil-yar dolar gerekiyor. Normal koflullar alt›nda bu gizemli madde dünyada bu-lunmuyor. Elde edilmesi için parçac›k h›zland›r›c›lar›nda çok yüksek enerjili parçac›klar›n birbirleriyle çarp›flt›r›l-mas› gerekiyor. Antimadde üretimi çok da verimli bir süreç de¤il asl›nda. So-nuçta anti madde enerjisi elde etmek için bafllang›çta çok büyük enerji har-canmas› gerekiyor. Antiproton
üret-mek için önce hemen hemen hiçbir fleyden oluflan protonlar üretilmesi ge-rekiyor. Sonra “boflluktan” antimadde elde etmek için muazzam miktarda enerji harcanmas› gerekiyor. CERN araflt›rmac›lar› bir “proton-senkrotro-nu”u, yani protonlar› neredeyse ›fl›k h›-z›na yak›n h›zlara ulaflt›ran bir h›zlan-d›r›c›yla, on santimetre uzunlu¤unda ve üç milimetre kal›nl›¤›nda bir irid-yum çubu¤a yönlendiriyorlar. Bu iflle-min sonunda birçok parçac›k ve anti-madde a盤a ç›k›yor. Devasa manyetik alanlarla s›n›rlanm›fl 27 kilometrelik
75
Haziran 2005 B‹L‹MveTEKN‹K
Antimadde düflüncesini ortaya ilk kez Paul Dirac atm›flt›
CERN Araflt›rma Merkezi bir antimadde fabrikas› gibi çal›fl›yor.
halka biçimli bir vakum tünelinde, k›sa bir süre içinde de madde ve antimadde birbirini yok ediyor.
Antimadde üretmekle her fley bitmi-yor elbette. Biliminsanlar› flimdi bu par-çac›klar› depolay›p saklayabilmek için yollar ar›yorlar. Pennysylvania Devlet Üniversitesi, Temel Parçac›k Araflt›rma-lar› Laboratuvar›’n›n yöneticisi Gerald Smith bunlardan biri. Smith, CERN’de üretilen antiprotonlar› ikinci ve daha küçük manyetik alanlar› s›n›rlanm›fl bir halka içine gönderdi. Sonras›nda baz› yavafl parçac›klar› çok ince metal folyo-lar›n içinden geçirdi. Bu s›rada baz› par-çac›k ve antiparpar-çac›klar birbirlerini yok etti. Bunun yan›nda negatif anti proton-lar›n baz›lar› engeli aflmay› baflar›p da-ha yavafllam›fl olarak yollar›na devam ettiler. Bu antimadde parçac›klar› tünel içinde yollar›na devam ederken ayr›lm›fl negatif yüklü madde-elektronlar›n›n oluflturdu¤u gaz bulutuna da rastlad›. Antiprotonlar, eksi yüklerin çarp›flmas›-n›n ard›ndan bafllang›çtaki hareket enerjilerini bir miktar daha kaybettiler. Çevreleri manyetik alanlarla çevrelen-mifl, uçuflan gaz bulutu içinde bir tuza-¤a düflmüfl gibi oldular. Sanki bir flifle-nin içine yaklafl›k bir milyon anti parça-c›k doldurulmufl gibiydi. Bu da bir sü-persilah ya da roket yak›t› olmak için de¤il ama araflt›rmac›lar›n bilimsel amaçlar› için yeterli bir miktard›. Bu yöntemle bir milyar anti proton toplana-m›yor. Çünkü anti protonlar›n ve elek-tronlar›n birbirlerini itme kuvveti çok fazla. Peki bu miktar nas›l art›r›labilir? Bu “toplama tuza¤›na” yaln›zca anti-protonlar› de¤il de tüm anti-atomlar› göndermek daha iyi olabilir. Bunlar elektrik yükü olarak nötr olaca¤› için madde-elektronlar›nca itilmeyecek ve böylece daha fazla antimadde elde edi-lebilecek. Peki bunun için hangi madde-nin atomlar› kullan›labilir? “Anti-hidro-jen üretilmesi yeni yollar açabilir” diyor Smith. Sonuçta hidrojen her yerde var ve çok genifl bir kayna¤a sahibiz.
Anti-hidrojen atomlar›n›n üretilmesi baflar›ld› ama bunlar›n depolanmas› ko-nusunda henüz çok baflar›l› olundu¤u söylenemez. fiimdiye dek anti-madde, en fazla saniyenin 30 milyarda biri ka-dar bir süre yaflayabildi. Smith’in bu ko-nuda anti-maddeyi uzun süre sabit tuta-bilmek için so¤utarak küçük damlac›k-lar ya da kristallerde yo¤unlaflt›rma ça-bas› içinde. Böylece su deposu
büyüklü-¤ündeki “toplama tuzaklar›ndan” elde edilen anti-madde daha küçük depola-ma birimlerinde saklanabilir.
Bu depocuklar t›p alan›nda inan›l-maz geliflmelere yol açabilirler. Pozit-ron emisyon tomografisi (PET) için radyoaktif izotoplar daha genifl bir me-safeye tafl›nabilir. fiimdiye kadar PET taray›c›lar› yaln›zca parçac›k h›zland›-r›c›lar›na yak›n bölgelerde
bulunabili-yordu. “Tafl›nabilir bir anti-proton kab› izotop üretimini bir yere ba¤l› olmak-tan kurtarabilir” diye düflünüyor Smith. Elbette t›p anti-maddeden bafl-ka konularda da yararlanabilir. Sözge-limi tümörlerle mücadelede bunlar kullan›labilir. Kanser hastalar›nda kul-lan›lan radyoterapi yöntemi gibi anti-madde tedavisi uygulanabilir.
Anti-hidrojen kullan›m›nda nere-deyse s›n›rs›z bir enerji, çok küçük bir alana depolanabilir. Di¤er enerji bi-çimlerinin tersine, bir anti-hidrojen tank› mikroskopik ölçüde küçük fakat bir arac› uzun süre çal›flt›rabilir. Pen-tagon, “Devrimci Mühimmat” bölümü baflkan› Kenneth Edwards, “Bu ger-çekleflti¤inde saf enerji elde etmifl ola-ca¤›z” diyor. “Bu ayn› zamanda en te-miz ve çok ucuz bir enerji kayna¤› ola-cakt›r” Bir küp fleker kadar yak›t, 100 tonluk bir arac› uzaya f›rlatmaya yete-cektir. Böyle bir enerjiyle insans›z gözlem uçaklar›n› sürekli havada tut-mak mümkün oldu¤u gibi Mars’a in-sanl› uçufllar yapmak da çok kolayla-flacakt›r. Edwards’a göre bir anti-mad-de motorunun prototipi için daha 15 y›la ve 2 milyar dolara ihtiyaç var. Gü-venli bir yak›t maddesi elde etmek için gereken, anti-hidrojenin mutlak s›f›r noktas›na kadar (-273 santigrat dere-ce) so¤utulmas›. Böylece bu tuhaf buz topunun atomlar› normal maddeyle reaksiyona giremeyecek kadar so¤u-mufl olacakt›r.
76 Haziran 2005 B‹L‹MveTEKN‹K
Ululararas› Uzay ‹stasyonu’nda kullan›lan Alfa Manyetik Spektrometresi evrende antimadde ar›yor Antimadde üretiminde kullan›lan
“yakalama tuza¤›” Halkaelektrotlar Manyetik alan Anti parçac›klar Anti parçac›klar antimadde 5/27/05 8:15 PM Page 76
Anti-hidrojenle yap›labilecek pek çok fley oldu¤u düflünülüyor. Çok kü-çük ama y›k›m gücü çok yüksek silah-lar yap›labilir. Atom bombas› kadar y›-k›c› olabilen anti-madde, ard›nda rad-yoaktivite b›rakmayaca¤› için daha te-miz olacakt›r.
Landua, “Depolama yöntemleri ge-liflti¤inde, biliminsanlar› anti-hidrojen toplamaya koflulacaklar” diyor. “Geçti-¤imiz on y›lda CERN’de gram›n mil-yarda birine yak›n miktarda anti-mad-de ürettik.” Tam bir gram anti-hidrojen için çok miktarda maddeye gerek olu-yor. T›pk› bir damla için tüm Atlantik Okyanusu’na gerek duyulmas›na ben-zetilebilir bir fley bu.
Ama bir gram nedir ki? Y›ld›zlarara-s› yolculuk için ya da, anti-madde silah-lar› için muazzam miktarlarda anti-maddeye gerek var. Yine de bilimin-sanlar› ümitsizli¤e kap›lmak için bir neden göremiyorlar. “1940’l› y›llarda atom bombas› yap›l›rken zenginlefltiril-mifl uranyum söz konusu oldu¤unda benzer fleyler yaflanm›flt›” diyor ABD’li araflt›rmac› Robert Frisbee. “O zamana de¤in bir ton üretilmesi mümkün de-¤ilmifl gibi görünüyordu. Oysa bugün tonlarca zenginlefltirilmifl uranyumu-muz var ve üretmeyi durdurduk.”
Antimadde araflt›rmalar› ve üretme çabalar› sürüyor. Fizikçiler gözlerini maddenin içlerine ne kadar dikiyorsa, kozmologlar da onlar›n dikkatini o ka-dar uzaya çekiyorlar. Bilim adamlar› evrenin uzak bir köflesinde Büyük Patlama’n›n cehenneminden arta kal-m›fl bir antimadde gaz kümesi
kal›nt›-s› olabilece¤ini ileri sürüyorlar. Bilim yazar› Wolfgang Jeschke, “Bir anti-madde gaz ve toz bulutundan anti-ev-renler, anti günefl sistemleri ortaya ç›km›fl olabilir ve hatta buralarda anti-insanlar›n yaflamas› olas›l›¤› da var-d›r” diyor. Madde gibi, antimaddenin de büyük yap›lar olufltutabilme yete-ne¤i var. Peki bu anti-dünya nas›l gö-rünürdü? “Alice Harikalar Diyar›nda” adl› romandaki “aynalar›n içindeki dünya gibi” burada her fley bizim dün-yam›zdakinin tersi mi?
Evrenin bir yerlerinde uçuflan anti-madde parçac›klar› var m›? Uluslarara-s› Uzay Üssü’nde kullan›lan 2,5 ton a¤›rl›¤›ndaki “Alfa Manyetik Spektro-metresi” (AMS) bu soruya yan›t ar›yor.
Bu detektör, on milyar normal parça-c›k aras›ndan antimaddeyi seçebilecek hassasl›kta. Anti-karbon bulundu¤u takdirde, anti-günefller ve anti galaksi-ler oldu¤unun kan›tlar› daha güçlene-bilir. Elbette bunu anti asteroidler ya da anti-göktafllar› gibi gökcisimleri de izleyecektir. Sözkonusu olacak fley bir anti-evren olarak aç›klanabilir. Peki ya bu anti evrenden bir parça Dünya’ya kadar uzanabilirse ne olur? Bezelye büyüklü¤ündeki bir antimaddenin at-mosferimizde patlamas› bile kilotonlar-ca patlay›c›n›n etkisine sahip olakilotonlar-cak, küçük bir atom bombas› tahribat› ya-pacakt›r. Böyle bir olay belki de 13 Ha-ziran 1908 tarihinde Sibirya’da Tun-guska’da meydana gelmifl olabilir. Ta-rihte Tunguska olay› olarak bilinen ve müthifl bir patlama sonucu bölgede ge-nifl bir alan›n zarar görmesi olay›n› aç›klamak için ileri sürülen görüfller-den biri de bu yönde.
Dirac’›n bu gizemli madde hakk›n-da ilk düflüncelerinden günümüze dek yaln›zca 77 y›l geçmifl. Oysa bu madde bugün laboratuvarlarda elde edilebili-yor. Bilim adamlar› evrenimizi aç›kla-maya çal›fl›rlarken kendilerine anti-madde hakk›nda sorular da soruyor. Kimbilir belki evrenin bir yerlerinde anti-biliminsanlar› “madde” diye bir fle-yin olup olmad›¤›n› tart›fl›yorlard›r.
G ö k h a n T o k
Kaynak:
Scheppach, J., Wir Jagen den Vatikan in die Luft mit Antimaterie, P.M Magazine, Mai, 2005
77
Haziran 2005 B‹L‹MveTEKN‹K
Antimaddeden elde edilecek enerjiyle insans›z hava araçlar› hiç yere inmeden uzun süre görev yapabilecekler.
Antimaddenin büyük ölçekle üretilmesinin ve saklanabilmesinin baflar›lmas› bize bilimkurgu filmlerindeki gibi uzay gemileri yaparak uzayda yolculu¤a ç›kmam›z› sa¤layabilir.
